变电站一次设备智能诊断技术与高级应用

摘要：建设智能化的变电站对站内设备的选择、数据采集、通信等环节都提出智能化的需求，对变电站监测水平也提出了智能化要求，提高一次设备监测智能化水平已迫在眉睫。文章结合具体工作实践，描述了一次设备的智能诊断实现方式和高级应用。
关键词：智能诊断；状态监测；状态评估；高级应用
1006-8937（2012）17-0118-02
1一次设备智能诊断实现方式
传统的变电设备在线监测系统在分析设备的在线监测数据时，通信规约不统一，分析手段单一化。原来系统采用的IEC三比值法，上下限报警等方法进行故障粗分时，会出现缺码，较高的误报率，判断轻微故障时不灵敏等一些问题，而且对数据的分析不深入。

1.1实现方式

专家诊断系统可以对变电站在线监测数据进行深入的分析，以此提高变电站监测诊断系统的智能化水平。专家系统利用多方面的数据可对故障设备进行故障细分，结合大量故障案例所积累的经验及多种智能方法来进行综合诊断，这样能够使故障诊断效果有较大的提高。具体实现时采用了一下三种方案：
①通过加入自我改进的机器学习及模式识别，解决了误报警的问题，一次设备倒母线导致TV角度变化的问题；增加数据自动处理，自动诊断功能，定期生成诊断报表；依靠专家诊断系统来对设备故障的诊断，大小及发展趋势；对于避雷针的监测，增加了雷击次数计数功能，可以充分结合对环境温湿度等影响因素的研究，对避雷器的运行状态做出更全面，准确的判断。
②采用机器学习的策略，实现使用多种理论，包括神经元模型以及函数逼近论的方法，以符号演算为基础的规则学习，决策树学习，基于马尔可夫过程的增强学习，引入了认知心理学中归纳，解释，类比等概念。具体的理论基础是模糊理论，同时运用矩阵论等数学工具，解决方案从部分和整体的角度提出了层次逐次分解法和正交函数系分解法，并采用了模糊推理。机器学习采用了梯度上升学习算法和遗传学习算法。通过机器学习，可使模式识别适用于变电设备的在线监测的故障诊断系统。
③应用完备的故障诊断功能，友好的软件显示界面，可以根据收集到的在线监测数据和设定的逻辑判断关系，分析出设备的运行状况，进行必要地处理，处理的结果写入实时数据库，同时通过客户端界面查看分析结果。此外，还可按有效值进行报警，避雷器的阻性电流和容性设备的介质损耗按标准工况进行报警，并解决突发性故障的监测问题。在提供可靠的分析判据的基础上，提高数据的灵敏度，对设备的运行状况进行综合的判断，从而对变电设备的运行状态做出更全面的判断。

1.2与传统的变电站在线监测系统比较

与传统的变电站在线监测系统相比，应用于智能变电站的在线监测系统在以下几个方面作了重大的改进，具体包括：
①建立了变压器智能诊断模型，包括色谱诊断模型，微水诊断模型，放电模型，对套管绝缘监测使用的因赛特诊断模型，负荷温度模型，温度老化模型，对于OLTC监测的I2T诊断模型，针对绕组振动监测的振动频谱诊断模型。这些模型可以组成一套完整的变压器在线监测系统。
②通过断路器的智能数字接口，能够实时的采集高压断路器的各种运行状态，具体记录的信息包括：三相电流，合闸线圈的电流，分闸线圈的电流，辅助接点变化，油泵电机或弹簧储能电机的工作电流，断路器动作全过程监测，机构箱温湿度。
③避雷器在线监测。通过在本体上安装检测仪可对全电流和阻性电流进行数据采集，在线监测分析单元分析传输过来的信号。除了具有放电计数和漏电电流指示的基本功能，本系统还可对个避雷器放电的事件顺序进行记录。便于事故分析和异常情况报警。
2一次设备智能诊断技术高级应用
智能电网建设是一项高度复杂的系统工程，智能变电站技术的发展也是如此，电力企业都应根据自己的技术水平特点，制定有针对性的在线监测发展方向和技术路线。目前我国变电站在线监测和智能诊断水平有了很大的提高，出现了一些智能诊断技术的高级应用。
①设备管理。实现变电站设备智能化管理是智能诊断系统的重要部分，主要包括下列信息的记录和收集：设备技术参数；日常运行中记录的维护日记；设备运行中出现缺陷的记录；系列产品的缺陷记录；检修设备的记录；对设备进行试验的记录；系统采集的状态监测数据； SCADA采集的设备实时数据。根据以上记录可建立变电设备档案卡，并结合评价，诊断和风险评估结论，实现监测目标的全景化。
②设备状态全景化信息库。支持信息一体化平台应用要求，站内基础数据，实时数据，试验数据和其他数据统一从标准接口获取，从而可以对不同的外部数据进行统一的建模，站控层采用一体化全景化平台与电力数据网相联。
③试验管理方面。为了清楚的知道各种设备的运行状态，可调取

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各主要设备往年的各种试验（高压，油，仪表，继电保护，远动等各班组的经验）的详细信息进行纵向横向的比较，绘制出试验曲线。
④响应高级应用功能。主要是预警管理。基于对全站设备对象数据建模的情况下，可以实现对全站数据的分类预警，信号过滤，并能提出故障处理指导，实现基于管理，检修和实时运行一体化的预警系统。
⑤故障诊断。确定设备的运行状态和实施优化检修需要运用多种技术，除了采用计算机技术，数据库技术，自动化技术等常规技术之外，基于知识学习的人工智能算法如神经网络算法，遗传算法等，自适应的能力强，智能化高。更加符合智能变电站高级应用的要求。但是，现有的人工智能算法运算时间长，实时计算能力差，有必要开发新的满足实时运算要求的人工智能算法。
⑥风险评估系统。风险评价模块以风险评估导则为依据，按照输变电设备风险评估的模型，流程和方法，确定设备风险值。通过识别设备潜在的内部缺陷和外部威胁，分析设备遭到失效威胁后的资产损失程度和威胁发生概率，通过风险评价模型得出设备在电网中的风险等级。内容包括确定资产类别，识别缺陷和威胁，计算损失程度，计算风险值。设备状态和风险值是检修计划安排的依据。⑦设备状态检修。智能变电站中电流和电压的采集，操作命令的下达和执行，可以通过光纤实现信息的有效监测，变电站内可以有效地获取电网运行状态数据，各种IEDs的故障和动作的数据和信息。在此基础上实现变电设备从定期检修改变为状态检修，对设备进行状态检修可以减少设备停运的时间，提高经济效益。
3智能变电站技术难点
现阶段，智能变电站技术已经取得长足进步，也有不少的示范变电站投入运行，这充分证明了发展智能变电站的思路是正确的，技术路线是可行的。就目前的技术而言，存在一些不足，延迟了智能变电站技术的推广，主要表现为以下几个方面：
①供电公司人员技术人员储备不足。智能变电站的构架模式和传统变电站发生了本质的变化，信息传输和功能需要依赖于通信技术，对通信，自动化方面的知识要求提高了。
②部分关键设备仍然依赖进口，国产化水平亟待提高。尽管我国电力设备的制造水平有了较大的进步，

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但部分产品与国外产品相比，在制造工艺水平上，设备质量，使用寿命等方面仍存在差距，影响了智能变电站的设备国产化。
③变电站的设备建模，数据通信均基于IEC 61850规范，对站内，与主站之间的通信规约有待规范。
④与下一代调度系统的配合。智能电网调度系统全面采用面向怎么写作体系的结构，统一建模，电网实时监控与预警技术，需要进行智能变电站站内设备信息和运行维护策略与电力调度系统全面互动的研究。
⑤智能高级应用的实现，业界引入人工神经网络，Agent等技术，尽管取得了一定的研究成果，但是可靠性有待提高。
⑥变电站内统一信息平台的构建。针对传统变电站应用系统众多，信息孤立等问题，急需开展基于统一信息平台的监控系统研究，将SCADA、五防闭锁、同步相量采集、智能操作票、倒闸顺序控制等功能集成。
4新技术发展前景
变电站正在进入一个智能化时代，智能变电站技术的进步必然以智能一次技术的发展为前提和载体；同时，也只有在现有技术条件下，实事求是,扎实稳步的推进智能一次技术的研究，才能更好地为建设智能变电站怎么写作。
尽管智能电网技术的发展取得了巨大的进步，但距离建设智能电网的目标仍有很长的路要走。智能变电站作为智能电网的基础环节之一，有很大的发展空间。目前，风能，太阳能等清洁能源为代表的分布式发电技术，极大地扩充了智能变电站的技术内涵和外延；基于IEC61850标准的信息建模和数据通信则已经在变电站内广泛的应用；智能化一次设备状态监测，自诊断，可视化等技术也开始在普及。
5结语
智能变电站在技术运行和管理水平上较传统变电站有一个全面的提升，随着变电站智能化方向的转型发展，变电站重要一次设备的在线监测与故障诊断得到越来越多的重视。本文提出的智能诊断实现方式和高级应用可以满足一次设备智能化和状态检修的需要，也指出了智能变电站建设的难点和前景，这为以后智能变电站的建设提供了借鉴。
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